Evaluación de la eficiencia fotocatalítica de recubrimientos anódicos nanotubulares de TiO2

DWOJAK ANABELA NATALIA; VERA, MARÍA L.; TRAID, HERNAN; LITTER, MARTA I.; SCHVEZOV, CARLOS E.

Congreso; Congreso. 7º Congreso de Ciencias Ambientales; 2019

La creciente demanda de la sociedad para la remediación de aguas contaminadas ha impulsado el desarrollo de nuevas tecnologías de purificación, tales como las Tecnologías Avanzadas de Oxidación (TAOs). La fotocatálisis heterogénea es uno de los procesos más estudiados entre las TAOs. Este proceso se inicia cuando un semiconductor es irradiado con luz de energía igual o superior a la de su band-gap, dando lugar a la formación de especies reactivas que transforman los contaminantes. El TiO2 es uno de los semiconductores más utilizados debido a su bajo costo, biocompatibilidad, fotoestabilidad, disponibilidad comercial, estabilidad en agua. La eficiencia de los sistemas que utilizan el TiO2 suspendido en el agua a tratar es relativamente alta; sin embargo, conllevan la necesidad de incorporar en el proceso de descontaminación una costosa etapa de separación y recuperación del catalizador. Esta etapa puede eliminarse inmovilizando TiO2 sobre soportes. Uno de los métodos más promisorios y simples de hacerlo es mediante la oxidación anódica. Esta técnica electroquímica permite el crecimiento del óxido sobre el titanio, haciendo circular corriente continua entre el titanio empleado como ánodo y un cátodo de platino, ambos sumergidos en un electrolito. En el presente trabajo se presentan los recubrimientos nanotubulares de TiO2 sintetizados mediante oxidación anódica de titanio comercialmente puro, empleando como electrolito soluciones de NH4F en etilenglicol y agua, a voltajes constantes durante 2 horas. En la síntesis de los nanotubos se emplearon diferentes concentraciones de NH4F presente en el electrolito (0,06 M, 0,15 M y 0,27 M) y voltaje de anodización (40 y 60 V). Para cristalizar los recubrimientos y así hacerlos fotoactivos, se realizaron tratamientos térmicos a 450 °C durante 2 h. La morfología de los recubrimientos se observó por microscopía electrónica de barrido y las fases cristalinas se determinaron mediante difracción de rayos X con incidencia rasante de 1°. La actividad fotocatalítica se evaluó utilizando como contaminante modelo una solución de dicromato de potasio con ácido etilendiaminotetraacético (EDTA), en una relación de concentraciones molares [EDTA]/[Cr(VI)] de 1,25 a pH 2. En un reactor de múltiples posiciones, se sumergieron los fotocatalizadores en la solución contaminante, irradiando el sistema con luz UV (λmáx = 365 nm) durante 300 min. Los cambios en la concentración de Cr(VI) en función del tiempo se siguieron mediante la técnica espectrofotométrica de la difenilcarbacida (DFC), midiendo la absorbancia del producto formado entre el Cr(VI) y la DFC a 540 nm. Mediante la oxidación anódica se obtuvieron recubrimientos nanotubulares de TiO2, amorfos previo al tratamiento térmico y cristalinos en fase anatasa luego del mismo. La longitud de los nanotubos varió entre 2,5 y 10 µm y el diámetro interno aumentó con el voltaje de oxidación y con la concentración de NH4F, de 55 a 75 nm, y de 55 a 85 nm, respectivamente. A pesar de las marcadas diferencias morfológicas superficiales, con todos los recubrimientos de TiO2 se obtuvo la transformación completa de Cr(VI) a los 180 min de irradiación, lo que podría deberse a la elevada área superficial de los nanotubos de TiO2 en fase anatasa disponible para las reacciones fotocatalíticas. Estos fotocatalizadores, de preparación simple, resultan muy promisorios para ser utilizados en el tratamiento de contaminantes en sistemas acuosos.